本文關(guān)鍵詞：層結(jié)水體中異重流沿坡運(yùn)動(dòng)的試驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 異重流 層結(jié)度 斜坡 頭部速度 摻混 界面不穩(wěn)定性 分離深度 障礙物

【摘要】：異重流是自然界和工程界中廣為存在的重要現(xiàn)象,但目前對(duì)于其在層結(jié)水體中運(yùn)動(dòng)、摻混并發(fā)生流態(tài)演變的研究相對(duì)較少,因此厘清層結(jié)水體下異重流沿坡運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)機(jī)理具有非常重要的意義。本文以線性層結(jié)水體中開閘式異重流為對(duì)象,通過控制坡度、環(huán)境水體層結(jié)性等因素開展了一系列水槽試驗(yàn),利用粒子成像測速儀(PIV)分析和影像分析,獲得了異重流沿坡下潛的時(shí)間序列數(shù)據(jù)和高分辨率下異重流的流場、界面渦旋、垂向剖面結(jié)構(gòu)等信息,主要研究成果有：沿坡運(yùn)動(dòng)的開閘式異重流是一種非恒定流,當(dāng)相對(duì)層結(jié)度S1時(shí),異重流的運(yùn)動(dòng)可分為三個(gè)階段：加速階段,減速階段和分離階段。進(jìn)入分離階段時(shí),異重流會(huì)在中性密度層發(fā)生分離并水平侵入環(huán)境水體。該條件下還發(fā)現(xiàn)環(huán)境水體中一些更輕的水體被攜帶進(jìn)了分離點(diǎn)下方的水體區(qū)域內(nèi)。在均勻水體或?qū)咏Y(jié)水體中,異重流流場均可分為上下兩層。在下層區(qū)中,異重流的速度方向均與斜坡方向大致平行,而在層結(jié)水體的上層區(qū)中,速度矢量整體指向水平,表明層結(jié)水體中異重流上層區(qū)更傾向于侵入各自的中性密度層。上層區(qū)的正向渦度是開爾文-亥姆霍茲渦和斜壓渦共同作用的結(jié)果,下層區(qū)的負(fù)向渦度的產(chǎn)生則是由于邊界層內(nèi)粘滯力和壁面摩擦的作用。通過比較層結(jié)與均勻水體中異重流在相同上層區(qū)域的渦度總和值,結(jié)果表明層結(jié)度對(duì)于異重流運(yùn)動(dòng)中的渦度強(qiáng)度存在抑制作用�？紤]環(huán)境水體層結(jié)性和坡度因素,得到了異重流在層結(jié)水體中加速和減速階段的頭部速度修正公式,計(jì)算值能夠較好的吻合實(shí)測值,表明所得公式可適用于描述線性層結(jié)水體中異重流在加速和減速階段的運(yùn)動(dòng)過程；基于量綱分析,考慮坡度、環(huán)境水體層結(jié)性和入流浮力通量,本文提出了計(jì)算分離深度的改進(jìn)公式,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較表明該公式可用于預(yù)測異重流的分離深度；6°到12°坡度的變化對(duì)于異重流在均勻或?qū)咏Y(jié)水體中的頭部位置、速度均只存在著微小的影響。而坡度相同時(shí),在均勻水體中異重流頭部速度先增大而后速度小幅減小,在層結(jié)水體中則由于密度差逐漸減小和沿程浮力損失表現(xiàn)為先增大而后明顯減小。弱層結(jié)環(huán)境中異重流頭部速度更快,說明層結(jié)度會(huì)抑制異重流的運(yùn)動(dòng)。最后,本文還初步分析了底坡障礙物對(duì)異重流運(yùn)動(dòng)的影響,結(jié)果表明在均勻水體中3cm和5cm障礙物對(duì)于異重流頭部速度的最大減幅較為一致,而在層結(jié)水體中隨著障礙物高度的增大其最大減幅也增大。障礙物的存在會(huì)導(dǎo)致異重流的分離深度小于無障礙物下的分離深度。本文研究結(jié)果可為海洋環(huán)境下污染物的輸移過程等研究提供科學(xué)參考依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：異重流 層結(jié)度 斜坡 頭部速度 摻混 界面不穩(wěn)定性 分離深度 障礙物
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TV145.2
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 緒論12-23
• 1.1 研究背景與意義12-14
• 1.2 異重流研究進(jìn)展14-20
• 1.2.1 河口區(qū)異重流現(xiàn)場觀測14-15
• 1.2.2 均勻水體中的異重流15-16
• 1.2.3 層結(jié)水體中的異重流16-18
• 1.2.4 異重流與環(huán)境水體的摻混機(jī)制18-20
• 1.3 本文研究工作20-23
• 1.3.1 研究內(nèi)容和方法20-21
• 1.3.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)21
• 1.3.3 本文組織結(jié)構(gòu)21-23
• 2 異重流運(yùn)動(dòng)基本理論與計(jì)算方法23-31
• 2.1 異重流沿坡計(jì)算方法23-25
• 2.2 層結(jié)水體中異重流基本理論25-30
• 2.2.1 平坡運(yùn)動(dòng)理論25-26
• 2.2.2 沿斜坡運(yùn)動(dòng)計(jì)算參數(shù)26-28
• 2.2.3 分離深度計(jì)算方法28-30
• 2.3 本章小結(jié)30-31
• 3 異重流在層結(jié)水體中運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)方案31-39
• 3.1 實(shí)驗(yàn)裝置與測量技術(shù)31-34
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)水槽31-32
• 3.1.2 層結(jié)水體生成裝置32-33
• 3.1.3 實(shí)驗(yàn)測量技術(shù)33-34
• 3.2 實(shí)驗(yàn)步驟與實(shí)驗(yàn)工況34-36
• 3.3 環(huán)境水體層結(jié)性分析36-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 4 層結(jié)水體中異重流運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象與流場分析39-53
• 4.1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象影像分析39-42
• 4.2 PIV測量結(jié)果分析42-50
• 4.2.1 流場比較分析42-46
• 4.2.2 渦度場比較分析46-48
• 4.2.3 渦度場的演化過程48-50
• 4.3 界面不穩(wěn)定性分析50-51
• 4.4 本章小結(jié)51-53
• 5 層結(jié)水體中異重流的動(dòng)力特性研究53-78
• 5.1 異重流頭部速度研究53-66
• 5.1.1 坡度和層結(jié)度對(duì)頭部速度的影響53-59
• 5.1.2 頭部速度修正公式59-62
• 5.1.3 頭部速度公式驗(yàn)證62-66
• 5.2 異重流垂向速度和渦度分析66-70
• 5.3 層結(jié)水體中異重流的分離深度研究70-76
• 5.3.1 分離深度實(shí)測數(shù)據(jù)與分析71-72
• 5.3.2 分離深度改進(jìn)公式72-76
• 5.4 本章小結(jié)76-78
• 6 層結(jié)水體中底坡障礙物對(duì)異重流運(yùn)動(dòng)的影響研究78-88
• 6.1 障礙物實(shí)驗(yàn)工況和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象78-81
• 6.2 障礙物對(duì)異重流運(yùn)動(dòng)的影響81-87
• 6.2.1 行進(jìn)規(guī)律81-82
• 6.2.2 流場特性比較82-86
• 6.2.3 障礙物對(duì)分離高度的影響86-87
• 6.3 本章小結(jié)87-88
• 7 結(jié)論與展望88-90
• 7.1 結(jié)論88-89
• 7.2 展望89-90
• 參考文獻(xiàn)90-96
• 個(gè)人簡歷96

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

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本文編號(hào)：631848